半导体激光二极管Laser Diode,简称LD,它可以将电能直接转化为光能,具有高亮度、高效率、长寿命、体积小、能直接调制等特点。
半导体激光二极管LD与普通发光二极管LED的区别,LD是受激辐射复合发光,发出的光子是同方向,同相位;而LED是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光,发出的光子的方向,相位是随机的。
所以本质上激光二极管LD与普通发光二极管一样都是通过电流驱动,只不过激光二极管需要的电流要更大。
小功率的激光二极管可以作为光源(种子源、光模块),常用封装有TO56、蝶型封装等:
大功率的激光二极管,可以直接作为激光器使用,也可以作为放大器的泵浦源使用。
激光二极管LD驱动说明:
1、恒流驱动:由于二极管的伏安特性,两端的导通电压大小受电流变化影响比较小,所以不适合电压源驱动激光二极管,需要使用直流恒流驱动激光二极管。作为光源使用时的驱动电流一般≤500mA,作为泵浦源使用时驱动电流常用有10A左右。
2、ATC控制(自动温度控制):光源尤其是激光器,它的阈值电流会随温度的变化而变化,这会使得输出光功率发生变化。ATC直接作用于光源,使得光源输出光功率稳定,不受到温度忽高忽低的影响。同时激光二极管的波长光谱特性也受温度影响,FP激光二极管的波长光谱温度系数通常为0.35nm/℃,DFB激光二极管的波长光谱温度系数通常为0.06nm/℃,详见光纤耦合半导体激光器基础。温度范围一般为10~45℃。
以蝶型封装为例,第1、2脚为热敏电阻监测激光管温度,一般为10K-B3950热敏电阻,反馈给ATC控制系统驱动第6、7脚的TEC制冷片控制激光管的温度,正向电压制冷,负向电压加热。
3、APC控制(自动功率控制):激光二极管经过一段时间使用将出现老化,会使输出光功率降低。APC控制可以保证光功率在一个范围内,不但防止光功率衰减,也能防止恒流电路故障引起光功率过大损坏激光管。
以蝶型封装为例,第4、5脚为PD二极管,与跨阻放大器组合光探测器,监测激光二极管的光功率。如果光功率减小,提高恒流驱动电流,反之,减小驱动电流。
ATC和APC尽管两者的目的都是使得光源的输出光功率稳定,但是两者针对的因素是不一样的,APC针对的是光源器件的老化造成光功率下降,通过APC保证光功率还是达到之前的稳定输出状态,而ATC是针对光源受温度的影响功率忽高忽低,通过ATC后保证光源仍然输出一个稳定的光功率。